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驻波型热声发动机起振机理的理论分析

张纪勇  
【摘要】:热声发动机是将热能转化为声能的机械。它的最大特点是结构简单、没有运动部件,因而运行可靠、寿命长。研究这种新型机器的起振工作原理是当今的一个热门话题。 本文简要回顾了热声学的历史和研究现状,并从几个不同的角度对热声机械的基本原理进行了简要介绍,接着对二种典型形式的热声发动机装置进行了介绍,然后介绍了热声热机的热力循环、基本方程以及流体网络理论和振动理论。本文主要以回热器内气体作为研究对象,分二个时段对驻波型热声发动机的起振过程做了分析,第一个时段中创新性的对回热器内气体起振前的温度分布做了推导,并与实验结果相验证,能较好的吻合;对第二个时段首次应用振动理论做了一些初步的工作,提出回热器自激振荡和临界阻尼对系统起振的影响,并做了初步的定量计算与定性分析。 本文认为热声热机的起振过程是从气体被加热产生杂乱的声波开始,经过声波的规则化先从回热器的高频率自激振荡振动,继而扩展到以谐振管内气体固有频率为主导的整个系统的稳态起振。这一过程中能量的转化是先从热能到杂乱的声波,接着转化为高频声波的能量,然后完成从高频能量到低频能量的转化,直到整个系统的稳定。


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